油田混砂車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

楊小濤 白田增 任勇強(qiáng) 陳如鶴

摘? 要：石油作為不可再生資源，成為了國(guó)家的重點(diǎn)需求資源。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，混砂車(chē)是壓裂施工的重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)是否可以自動(dòng)化，很大程度上影響了壓裂施工的進(jìn)程與效果?；诖?，該文先介紹了混砂車(chē)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，然后對(duì)混砂車(chē)自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，效果良好。

關(guān)鍵詞：混砂車(chē);液面高度;變量泵

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

目前，各大油田的開(kāi)發(fā)已逐漸進(jìn)入中后期，為了有效地提高石油的采收率，提升油井產(chǎn)量，必須采取一定的增產(chǎn)、增效措施。壓裂技術(shù)是將壓裂液壓入地層，形成裂縫，進(jìn)而改善油井的滲透性，提高采收率。該技術(shù)已經(jīng)成為各大油田普遍使用的方法之一。混砂車(chē)是壓裂施工的重要環(huán)節(jié)，它主要用于配制各種壓裂液，并向各型壓裂車(chē)泵送不同需求的壓裂液，該環(huán)節(jié)是否可以自動(dòng)化，很大程度上影響了壓裂施工的進(jìn)程與效果。是確保壓裂施工質(zhì)量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的混砂車(chē)主要采用手動(dòng)操作，需要大量的人力在現(xiàn)場(chǎng)操作及控制混合液面高度及砂比等參數(shù)，這就難免會(huì)使得重要參數(shù)產(chǎn)生一定的誤差，進(jìn)而很難達(dá)到壓裂施工的設(shè)計(jì)參數(shù)和理想效果。而混砂車(chē)的自動(dòng)控制系統(tǒng)可以有效地改善這一問(wèn)題，從混合液液壓、砂比以及添加劑等方面均由系統(tǒng)自動(dòng)控制完成[1]，可以確保各個(gè)環(huán)節(jié)零誤差，使得壓裂施工質(zhì)量大大提高。

1 混砂車(chē)控制系統(tǒng)特點(diǎn)及核心裝置

混砂車(chē)控制系統(tǒng)包括混砂車(chē)加料系統(tǒng)和排除壓力控制系統(tǒng)[2]?；焐败?chē)加料系統(tǒng)可以確保壓裂液的輸出量不受人為因素的影響，而排除壓力系統(tǒng)可以有效地解決由于混合液排量不足而引起的壓裂車(chē)抽空等問(wèn)題。以下是混砂車(chē)控制系統(tǒng)的3個(gè)特點(diǎn)。1）該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)全程控制，配備了簡(jiǎn)單、明了的人機(jī)操作界面，在此界面上，可以通過(guò)調(diào)整控制的方式根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求實(shí)施調(diào)整罐內(nèi)液位壓力等參數(shù)，并提取整個(gè)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而全面、實(shí)時(shí)地了解并掌握壓裂施工的進(jìn)程，確保混砂液的質(zhì)量符合施工要求，另外，也大大的節(jié)省了人力，方便了操作人員的使用。2）在壓裂施工過(guò)程中，偶爾會(huì)遇到控制系統(tǒng)回路出現(xiàn)異常的問(wèn)題，或者用戶(hù)臨時(shí)需要改變控制方式，這就對(duì)整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)提出了一定的要求，因此，為了保證施工的正常進(jìn)行，該系統(tǒng)對(duì)重要的控制回路采用了冗余設(shè)計(jì)。一旦出現(xiàn)上述情況，系統(tǒng)將開(kāi)啟部分控制設(shè)備。3）系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)，顯示單位分為公制和英制2種，該系統(tǒng)可以將2種單位互相切換，以便應(yīng)付各類(lèi)壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)。

除了混砂車(chē)的自動(dòng)控制系統(tǒng)外，還必須配備一些核心裝置[3]來(lái)支持該系統(tǒng)的運(yùn)行。以下是部分核心裝置：

1.1 計(jì)量設(shè)備

混砂車(chē)內(nèi)部空間有限，使用電子稱(chēng)和螺旋輸送喂料機(jī)配合的稱(chēng)重方法可以使加料的精度提高±0.5%。

1.2 高能恒壓混合器

高能恒壓混合器是針對(duì)壓裂液配液而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的一種新型混合器，它可以自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，為負(fù)壓抽吸液體，并通過(guò)噴嘴的左右移動(dòng)來(lái)控制壓裂液流量的大小。

1.3 在線(xiàn)黏度測(cè)量

由于壓裂液的配制是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，必須隨時(shí)根據(jù)液體的黏度情況隨時(shí)調(diào)整液體的添加比例，以確保其黏度保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，因此需要安裝在線(xiàn)粘度計(jì)，實(shí)時(shí)了解粘度參數(shù)。

2 混砂車(chē)自動(dòng)控制研究

按照功能進(jìn)行區(qū)分，可以將混砂車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)分為5個(gè)控制子系統(tǒng)，即動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、粉料系統(tǒng)、混合（配液）系統(tǒng)、液體添加劑系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)[4]。由于篇幅有限，僅列舉部分控制子系統(tǒng)的原理圖，如圖1所示。

2.1 混砂液液壓控制系統(tǒng)

在壓裂施工過(guò)程中，為了確?；焐败?chē)與壓裂各機(jī)組之間達(dá)到協(xié)同作業(yè)的效果，混砂車(chē)必須以穩(wěn)定的壓力將壓裂液連續(xù)性的泵送給各壓裂車(chē)。在這個(gè)過(guò)程中，混合罐一邊進(jìn)料，一邊出料，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的過(guò)程，因此，通過(guò)該控制系統(tǒng)，可以設(shè)定液面高度，當(dāng)實(shí)際液面高度與設(shè)定液面高度不一致時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)通過(guò)算法，進(jìn)行對(duì)基液的吸入及排量進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而確保混合管內(nèi)的液面高度恒定。

2.2? 液體添加劑控制系統(tǒng)

在油田壓裂施工過(guò)程中，壓裂液除了基液和支撐劑（各類(lèi)壓裂砂）以外，還需要各種添加劑（如黏土穩(wěn)定劑等），這些添加劑必須按照比例進(jìn)行添加，因此必須對(duì)其添加的量進(jìn)行嚴(yán)格控制。因此，通過(guò)該控制系統(tǒng)，可以設(shè)定基液與添加劑的比例，當(dāng)實(shí)際比例與設(shè)定比例不一致時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)通過(guò)算法，進(jìn)行對(duì)基液的排量及混合液排量進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而確保基液和添加劑的比例恒定，如圖2所示。

2.3 粉料添加劑控制系統(tǒng)

同1）、2）原理相似，通過(guò)該控制系統(tǒng)，可以設(shè)定干粉比例，當(dāng)實(shí)際比例與設(shè)定比例不一致時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)通過(guò)算法，進(jìn)行對(duì)基液的排量及混合液排量進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而確保干粉比例的恒定，如圖3所示。

3 系統(tǒng)的應(yīng)用

對(duì)于新產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品試驗(yàn)非常重要，對(duì)于滿(mǎn)足研究要求，具備安全可靠的產(chǎn)品才能推廣應(yīng)用。本次試驗(yàn)選取了C油田的苗28井、苗39井和勝106井，在其長(zhǎng)61油層進(jìn)行壓裂施工，加砂量共計(jì)71 m3，整個(gè)壓裂施工過(guò)程中，混砂車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，自動(dòng)控制系統(tǒng)采集的各項(xiàng)參數(shù)與實(shí)際測(cè)試的數(shù)據(jù)波動(dòng)不大，基本吻合。此次施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用取得了很好的效果。

該混砂車(chē)的自動(dòng)控制系統(tǒng)有效地改善了壓裂施工的總體性能，大大提升了配液的可靠性，節(jié)省了人力成本，并且在此次的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中反饋較好。在當(dāng)前施工任務(wù)不斷增加的大背景下，該系統(tǒng)給壓裂作業(yè)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^(guān)。

4 結(jié)論

混砂車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)的使用，省去了人工配液的中間環(huán)節(jié)，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了粉塵對(duì)員工健康的危害，還可以減少人為操作的誤差，有效縮短了壓裂施工的作業(yè)周期，大大提升了壓裂施工的精度，提高了生產(chǎn)效率與施工質(zhì)量[5]。1）該自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)甚多，且壓裂設(shè)備級(jí)地面流程也進(jìn)行了相關(guān)配套，很大程度上滿(mǎn)足了壓裂施工的具體要求，這幾口油井壓裂作業(yè)的成功，為今后的工作提供了一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。2）當(dāng)前雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、電氣化的更新，但是一些配套設(shè)備還是不能實(shí)現(xiàn)即配即注壓裂施工，而且返排液也隨意排放，缺乏處理設(shè)備。3）今后還需要不對(duì)加強(qiáng)對(duì)壓裂設(shè)備的配套升級(jí)與完善，以達(dá)到防止壓裂液浪費(fèi)、實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的目的。

參考文獻(xiàn)

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